CN109317106A - 一种吸附双酚a的磁性纳米复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种吸附双酚A的磁性纳米复合物及其制备方法,该方法包括:步骤1:以锰锌铁氧体为基体,制备得到SiO2包覆的锰锌铁氧体‑磁性纳米复合物;步骤2:将锰锌铁氧体‑磁性纳米复合物作为前驱体,采用氨基改性的方法最终制备出磁性纳米吸附剂Fe‑MNPs@SiO2‑NH2。本发明提供的Fe‑MNPs@SiO2‑NH2具有良好的吸附再生能力,经过5次脱附再生后仍具有较好的吸附效果,可循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域,尤其涉及一种吸附双酚A的磁性纳米复合物及其制备方法。
背景技术
吸附技术是去除水中污染物最为简单和高效的方法之一,吸附材料是吸附技术的关键和核心,如何针对环境问题制备出高效的吸附剂一直是国内外研究的热点。目前,就环境吸附材料的研究而言,有如下问题值得关注:
(1)吸附剂的成本:在实际应用中,只有性价比高、制备方法简单的吸附剂才能得到广泛应用。
(2)使用后的吸附剂固液分离性能:使用后的吸附剂固液分离较难,若使用后的吸附剂能快速地从水体中分离出来,能极大地提高吸附剂再生效率,有利于吸附剂的再生、降低生产成本。
(3)吸附剂的再生:对吸附剂进行再生处理,恢复其吸附功能,可重新使用;吸附剂如不重复使用,既浪费资源又污染环境。
(4)被吸附的污染物的降解:吸附是污染物的相转移,从吸附剂上脱附的污染物如果不能得到有效地处理,可能污染环境,成为二次污染源,开发具有吸附和降解功能的吸附材料是研究者努力的方向。
综上所述,开发廉价高效、易于固液分离、具有吸附–降解功能的吸附剂将是环境吸附材料研究的一个重要方向之一。
许多不同的痕量有机物(TOrCs),包括药物、除草剂、杀虫剂、内分泌干扰物、个人护理产品和阻燃剂已经在城市废水以及世界各地的地面和地表水域中检测到。这些化合物进入水生环境可以通过各种途径,TOrCs通过点源进入水生环境,如市政和工业污水处理厂或合并下水道溢流(CSO)的废水排放,以及通过城市或农业径流,农业排水管道,化粪池和下水道渗漏等非点源线或气溶胶沉积。痕量有机物具有长期残留性、生物蓄积性和高毒性,对生态和人类的健康危害很大。双酚A(BPA)是一种典型的痕量有机物,它被用来合成聚碳酸酯、环氧树脂、阻燃剂以及其他化工产品,应用范围广泛。有研究表明,BPA能够对生物体的繁殖和发育、神经系统以及行为产生影响。所以,应对水环境中的双酚A加以控制。
环境中的BPA浓度低,广泛分布在环境中,污染源长期存在,目前,对水环境中的BPA有生物法、吸附法、化学氧化法。生物法具有作用时间长,作用范围广等特点,对处理BPA具有一定的优势,但生物法存在微生物菌种的驯化时间长,操作条件要求较苛刻,降解污染物所需要的时间较长,难以使污染物矿化且有可能带来二次污染,经济成本高等问题。化学氧化法去除BPA是通过化学反应破环BPA的结构,使其降解或矿化,但降解中间产物可能会带来二次污染。利用吸附法去除BPA时,常用的吸附剂为活性炭,但吸附BPA后的活性炭固液分离难、再生难,很难再次循环使用,因此以活性炭作为吸附剂去除BPA的成本较高。因此,需研发廉价高效、易固液分离、易再生、可循环使用的新型吸附剂用于去除水体中的BPA。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷,提供一种以双酚A(BPA)作为目标污染物,以磁性纳米复合物Fe-MNPs@SiO2-NH2作为吸附剂,考察其对双酚A的吸附及再生性能的方法。
一种吸附双酚A的磁性纳米复合物制备方法,包括以下步骤:
步骤1:以锰锌铁氧体为基体,制备得到SiO2包覆的锰锌铁氧体-磁性纳米复合物;
步骤2:将锰锌铁氧体-磁性纳米复合物作为前驱体,采用氨基改性的方法最终制备出磁性纳米吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
进一步地,如上所述的方法,所述步骤1包括:
步骤(1):在柠檬酸溶液中加入锰锌铁氧体,水浴加热搅拌3h后,用氨水调节溶液pH值至5.5,水浴搅拌3h;
(2)再用氨水调节溶液pH值至10,再逐滴加入正硅酸乙酯,水浴加热搅拌9h;待溶液冷却后,移去上清液,用无水乙醇洗涤3次,再用去蒸馏水洗涤至中性,抽滤,干燥后得到SiO2包覆的锰锌铁氧体-磁性纳米复合物。
进一步地,如上所述的方法,步骤(1)、(2)中,所述水浴加热的温度均为40℃;步骤(2)中,干燥条件为在60℃下干燥6h。
进一步地,如上所述的方法,所述步骤2包括:
将锰锌铁氧体-磁性纳米复合物在乙醇中超声30min,加入一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)超声10min,然后在60℃下回流搅拌18h,获得的颗粒磁分离并用甲醇洗涤,在50℃下干燥18h后制得磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
一种利用如上任一所述方法制备得到的磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
有益效果:
本发明提供的磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2具有良好的固液分离能力和吸附再生能力,经过5次脱附再生后仍具有较好的吸附效果,可循环使用。
附图说明
图1为本发明方法制备得到的磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2循环吸附BPA的性能图;
图2为本发明方法制备得到的磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2循环吸附BPA的状态图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明利用废弃的碱性电池制备得到尖晶石型纳米锰锌铁氧体(Mn0.6Zn0.4Fe2O4,Fe-MNPs),该物质具有较高的饱和磁化强度,即通常所说的磁性强;再以Fe-MNPs为磁核,利用正硅酸乙酯水解法制备得到SiO2包覆的锰锌铁氧体-磁性纳米复合物Mn0.6Zn0.4Fe2O4@SiO2(Fe-MNPs@SiO2)。本研究采用该磁性纳米复合物Fe-MNPs@SiO2作为前驱体,利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行氨基改性制备出磁性纳米吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
实施例:
Fe-MNPs@SiO2-NH2的制备方法步骤包括:
(1)Fe-MNPs的制备
(a)称取Zn(NO3)2·6H2O:2.8262g,Fe(NO3)3·9H2O:19.1910g,硝酸锰溶液:3.31mL于250mL烧杯中,用4mol/L的HNO3溶液(11mL)溶解,在电炉上将混合离子溶液预热。
(b)控制金属离子总摩尔数与蔗糖摩尔数之比为1:1:准确称取24.3889g蔗糖,加蒸馏水至50mL溶解,用电炉将蔗糖溶液预热。
(c)将(1)和(2)两种溶液在油浴锅中混合搅拌反应。
(d)反应结束后,将所得反应产物在105℃温度下烘干8h(前驱体),然后到马弗炉中450℃温度下烧4h,制得锰锌铁氧体
(2)Fe-MNPs@SiO2的制备
取0.05mol/L的柠檬酸溶液150ml于250ml的三口烧瓶中,加入制备好的锰锌铁氧体(Fe-MNPs)0.5g,水浴加热(40℃)搅拌3h后;用氨水调节溶液pH值至5.5,水浴搅拌3h;然后再用氨水调节溶液pH值至10,再逐滴加入TEOS正硅酸乙酯1.9mL,水浴加热(40℃)搅拌9h。待溶液冷却后,移去上清液,先用乙醇洗涤2到3次,再用蒸馏水洗至中性。抽滤,并在60℃下干燥6h。
(3)Fe-MNPs@SiO2-NH2的制备
称取0.5g的Fe-MNPs@SiO2在30ml的乙醇中超声30min,加入一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)超声10min,然后在60℃下回流搅拌18h,获得的颗粒磁分离并用甲醇洗涤,在50℃下干燥18h后制得磁性吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
实验例1:吸附实验
在250mL锥形瓶中加入50mL一定浓度的双酚A溶液,置于恒温振荡器中预热。然后向锥形瓶中加入一定量的磁性吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2,控制温度、转速,在振荡器中进行吸附,一段时间后取出。将锥形瓶放置在圆盘磁铁上进行固液分离,取上层清液采用紫外可见分光光度计分析其吸光度,并计算吸附量和吸附率。
实验例2:Fe-MNPs@SiO2-NH2的再生与循环利用
在250mL的锥形瓶中加入200mL,10mg/L的双酚A溶液,加入0.005g磁性吸附剂,吸附120min后,磁分离,取上清液测其吸光度,在吸附剂中加入50ml 0.1M(0.1mol/L)的NaOH溶液振荡2h,再生完成后,磁性分离,倒掉上清液,并加入20mL的去离子水,在303K,200r·min-1的条件下对材料进行洗涤,每次10min,至水相呈中性(约3次)60℃烘干60min,得到再生材料。如此循环5次,得到图1和图2。
从图1可以看出,磁性吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2具有良好的吸附再生能力,经过5次脱附再生后仍具有较好的吸附效果和磁分离性能,可循环使用。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种吸附双酚A的磁性纳米复合物制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:以锰锌铁氧体为基体,制备得到SiO2包覆的锰锌铁氧体-磁性纳米复合物;
步骤2:将锰锌铁氧体-磁性纳米复合物作为前驱体,采用氨基改性的方法最终制备出磁性纳米吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1包括:
步骤(1):在柠檬酸溶液中加入锰锌铁氧体,水浴加热搅拌3h后,用氨水调节溶液pH值至5.5,水浴搅拌3h;
(2)再用氨水调节溶液pH值至10,再逐滴加入正硅酸乙酯,水浴加热搅拌9h;待溶液冷却后,移去上清液,用无水乙醇洗涤3次,再用蒸馏水洗涤至中性,抽滤,干燥后得到SiO2包覆的锰锌铁氧体-磁性纳米复合物。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)中,所述水浴加热的温度均为40℃;步骤(2)中,干燥条件为在60℃下干燥6h。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2包括:
将锰锌铁氧体-磁性纳米复合物在乙醇中超声30min,加入一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷超声10min,然后在60℃下回流搅拌18h,获得的颗粒磁分离并用甲醇洗涤,在50℃下干燥18h后制得磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
5.一种利用权利要求1-5任一所述方法制备得到的磁性纳米复合物吸附剂Fe-MNPs@SiO2-NH2。
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